4.3.1 تأثير معدل تبديل الهواء

لتحقيق فئة نظافة معينة ودرجة عقم محددة في الغرفة النظيفة، يلزم بالضرورة توفير حجم هواء إمداد معين، إلى جانب معدل تبديل هواء وزمن تنقية ذاتية محددين. يُعد معدل تبديل الهواء المؤشر الذي يجب أن تستوفيه غرف العمليات النظيفة والغرف المساعدة النظيفة -باستثناء غرف عمليات الفئة الأولى والغرف المساعدة النظيفة من الفئة الأولى- لضمان النظافة المطلوبة وعدم تجاوز زمن التنقية الذاتية المحدد. هذه المؤشرات التقنية الثلاثة مترابطة فيما بينها جميعًا. ولكن في الممارسة الهندسية الفعلية، لتحقيق مستوى نظافة أعلى (مطابق للمعايير)، غالبًا ما يتم زيادة حجم هواء الإمداد، مما يزيد بشكل غير محسوس من الاستثمار الأولي ويرفع تكاليف التشغيل اليومية؛ لذلك يحدد هذا البند الحدود العليا والدنيا لمعدل تبديل الهواء. يرتبط إجمالي حجم هواء الإمداد (أي معدل تبديل الهواء) بحجم الغرفة، والحمل الداخلي الإجمالي، وعدد المشاركين في الجراحة داخل الغرفة، وتولد الغبار عن الملابس، وغير ذلك من العوامل. تأخذ معدلات تبديل الهواء الواردة في المدونة في الاعتبار نطاقًا محددًا من تباين هذه الظروف؛ وما لم يكن تغير الظروف كبيرًا جدًا، فإن هذه المعدلات تلبي المتطلبات عمومًا.

يُعد معدل تبديل الهواء أهم مؤشر يحدد مستوى النظافة في غرف النظافة ذات التدفق المضطرب، والتي تشمل غرف العمليات النظيفة من الفئات الثانية والثالثة والرابعة، بالإضافة إلى الغرف المساعدة النظيفة من جميع الفئات.

في النطاق العملي التطبيقي، تتحسن جودة النظافة كلما ارتفع معدل تبديل الهواء. يُوضح الشكل 4.4 العلاقة بين معدل تبديل الهواء وتركيز الغبار الداخلي، حيث تظهر هذه العلاقة كخط مستقيم على ورقة الرسم اللوغاريتمية المزدوجة (بافتراض توزيع الجسيمات بشكل منتظم داخل الغرفة)، وكخط متقطع يعكس الواقع الفعلي (حيث تتوزع الجسيمات بشكل غير منتظم داخل الغرفة).

الشكل 4.4 مقارنة بين التركيزات المحسوبة وفق نموذجي التوزيع والتركيزات المقاسة فعليًا

في الشكل 4.4، يمثل الخط المستقيم A نتيجة الحساب في الحالة الساكنة بناءً على نظرية التوزيع المنتظم؛ بينما يمثل الخط المتقطع B النتيجة المقاسة في الحالة الساكنة. ويمثل الخط المتقطع C نتيجة الحساب في الحالة الساكنة بناءً على نظرية التوزيع غير المنتظم. أما الخط المتقطع D فيمثل نتيجة الحساب في الحالة الساكنة وفق نظرية التوزيع غير المنتظم لمعدلات تبديل الهواء التي تتجاوز 100 تبديل في الساعة.

يُقدم الشكل 4.5 المنحنيات التي توضح العلاقة بين معدل تبديل الهواء وفئة النظافة في غرف النظافة ذات التدفق المضطرب، في كل من الحالة الساكنة (غير التشغيلية) والحالة الديناميكية (التشغيلية)، وهي منحنيات منشورة في الأوساط العلمية الأجنبية. وكما يتضح من الشكل، كلما ارتفع معدل تبديل الهواء، ارتفعت فئة النظافة.

يمكن حساب معدل تبديل الهواء من خلال معادلات رياضية بناءً على فئة نظافة الهواء المطلوبة، وعدد الأشخاص داخل الغرفة، ومساحة الغرفة، ومصادر تولد الغبار الداخلية الأخرى، ونسبة الهواء الجديد؛ ويجب إجراء الحسابات وفق الظروف المحددة لكل حالة، خاصة في الظروف الديناميكية.

بما أن المطلوب هو تحقيق فئة النظافة المحددة في الحالة الساكنة، فكيف يمكن تحديد الحد الأدنى لمعدل تبديل الهواء؟ وكما يتضح من الخط C في الشكل 4-4، فعند معدل تبديل هواء يبلغ 20 تبديلًا في الساعة، يصل تركيز الغبار الداخلي إلى 40 جسيم لكل لتر، أي يتم بلوغ فئة 10000؛ وحتى عند معدل تبديل هواء أقل من 10 تبديلات في الساعة، يمكن أيضًا الشكل 4.5 العلاقة بين معدل تبديل الهواء وفئة النظافة في غرف النظافة ذات التدفق المضطرب بلوغ فئة 100000.

تتوافق النتائج الموضحة في الشكلين 4.4 و4.5 بشكل أساسي. ويتضح من المنحنى الخاص بالحالة الساكنة أن مستوى النظافة عند معدل 20 تبديلًا هو أقل قليلاً من مستوى فئة 1000 فقط.

يتبين من ذلك أن معدلات تبديل الهواء المطلوبة لتحقيق مختلف الفئات في الحالة الساكنة يمكن أن تتباين بشكل كبير، كما يمكن أن تكون قيمها المطلقة منخفضة جدًا. علاوة على ذلك، غالبًا ما يتم رفع قيم معدلات تبديل الهواء المعتمدة في التنفيذ الفعلي بشكل كبير مقارنة بالقيم المحددة في المدونة. لذلك، كمعيار مرجعي، يجب تحديد قيمة معقولة تميل قليلاً إلى توفير هامش أمان لأهم معامل يضمن تحقيق النظافة المطلوبة -ألا وهو معدل تبديل الهواء- بحيث يضمن الالتزام بها تلبية المتطلبات بشكل أساسي.

[مرجع] بما أن المنهج التقني المتبع في تجميع المدونة قد شهد تغيرًا كبيرًا -حيث اعتمدت أولاً على أنماط تقنية متقدمة على المستوى الدولي، وثانيًا استندت إلى عدد من الإنجازات البحثية المحلية التي أثبتت جميعها نجاحها من خلال سنوات من التطبيق في المشاريع الهندسية- فإن قيم حجم هواء الإمداد أو معدل تبديل الهواء تختلف عما كانت عليه في المعايير السابقة. ولكن النتائج النهائية تتطابق بشكل كبير مع معايير الدول المتقدمة مثل المملكة المتحدة والولايات المتحدة وألمانيا، بينما تختلف نوعًا ما عن غيرها من المدونات الصينية ذات الصلة، كما هو موضح في الجدول 4.3.

الجدول 4.3　مقارنة معدلات تبديل هواء الغرف النظيفة في المعايير المختلفة

الفئة اسم غرفة العمليات فئة نظافة منطقة العمليات معيار البناء والمدونة التقنية المعمارية لأقسام العمليات النظيفة في المستشفيات المدونة التقنية المعمارية لأقسام العمليات النظيفة في المستشفيات العسكرية مدونة تصميم الغرف النظيفة
Ⅰ غرفة عمليات نظيفة خاصة 100 0.25～0.3م/ث 0.3～0.35م/ث 0.2～0.5م/ث
Ⅱ غرفة عمليات نظيفة قياسية 1 000 30～36س⁻¹ ≥55س⁻¹ 50～60س⁻¹
Ⅲ غرفة عمليات نظيفة عامة 10 000 18～22س⁻¹ ≥30س⁻¹ 20～25س⁻¹
Ⅲ غرفة عمليات نظيفة عامة 100 000 ≥20س⁻¹ 15س⁻¹
Ⅳ غرفة عمليات شبه نظيفة 300 000 12～15س⁻¹

ملاحظة: يُعبَّر عن متطلبات الغرف النظيفة من فئة 100 من خلال سرعة الهواء المقطعية، بينما يُعبَّر عن متطلبات الغرف النظيفة من الفئات الأخرى من خلال معدل تبديل الهواء.

4.3.2 قيم معدل تبديل الهواء

بالنسبة لمعدلات تبديل الهواء، كانت جميع المعايير السابقة تكتفي بتحديد قيم الحد الأدنى فقط، مثل 25 تبديل/ساعة لفئة 10000 و15 تبديل/ساعة لفئة 100000 وغيرها من القيم. وفي الممارسة الهندسية الفعلية، وسعيًا لضمان المطابقة للمعايير، تمت مضاعفة هذه القيم عدة مرات، مما أدى إلى هدر هائل للموارد. في الواقع، حتى قيم مثل 25 و15 تبديل/ساعة كانت موضوعة في الأصل للظروف الديناميكية، بينما تُجرى جميع الاختبارات حاليًا في ظروف الغرفة الفارغة أو الحالة الساكنة، مما ينتج عنه تحسن مستوى النظافة بمقدار فئة إلى فئتين عن المطلوب؛ وبعبارة أخرى، فإن قيمًا مثل 25 و15 تبديل/ساعة كافية بالفعل لتلبية المتطلبات. ومع الأخذ في الاعتبار معدل تبديل هواء التنقية الذاتية (الذي سيتم تفصيله لاحقًا)، قامت المدونة برفع قيم المعدلات لغرف العمليات بشكل طفيف، بينما خفضتها قليلاً للغرف المساعدة النظيفة نظرًا لاعتماد الاختبار على حالتها الساكنة، وحددت الحد الأعلى للقيمة عند حوالي 1.2 ضعف الحد الأدنى.

يمكن أن تتناسب معدلات تبديل هواء مختلفة مع نفس متطلب النظافة. ووفقًا للحسابات النظرية المستندة إلى القياسات الفعلية، يمكن أن يقل معدل تبديل الهواء في الحالة الساكنة عن 10 تبديلات لبلوغ فئة 100000، وعن 15 تبديلًا لبلوغ فئة 10000. ورغم أن هذا المعيار يعتمد في تقييمه على الحالة الساكنة أو حالة ما بعد البناء (الغرفة الفارغة)، فلا يمكن تقييم معدل تبديل الهواء بناءً على مستوى النظافة في الحالة الساكنة فقط. ويرجع ذلك إلى أن معدل تبديل الهواء يؤدي وظيفتين أساسيتين: الأولى ضمان تحقيق النظافة المطلوبة، والثانية ضمان الالتزام بزمن التنقية الذاتية، وغالبًا ما يتم إغفال هذه الوظيفة الثانية.

يكتسب زمن التنقية الذاتية أهمية كبيرة في تحديد المدة التي يجب أن يتم فيها تشغيل النظام مسبقًا في الصباح في حالة عدم وجود مروحة احتياطية؛ فإذا كان زمن التنقية الذاتية طويلاً، فيجب تقديم موعد بدء التشغيل بشكل كبير، وهو ما يمثل هدرًا في الطاقة والتشغيل. وبالنسبة لغرف العمليات، هناك فائدة إضافية لزمن التنقية الذاتية وهي تحديد الموعد الذي يمكن أن تبدأ فيه العملية الجراحية الثانية بعد انتهاء العملية الأولى. فإذا كان يلزم انتظار زمن تنقية ذاتية طويل قبل بدء العملية التالية، فمن الواضح أن ذلك سيؤخر جدول العمليات ويقلل من كفاءة دوران استخدام غرفة العمليات، لذلك يُفضل دائمًا أن يكون زمن التنقية الذاتية أقصر ما يمكن؛ ولكن في المقابل، إذا كان الزمن قصيرًا جدًا، فسيكون من الضروري حتماً زيادة معدل تبديل الهواء بشكل كبير، وهو أمر غير واقعي أيضًا من الناحية الاقتصادية.

بعد الدراسات والاستقصاءات، حددت المدونة القيم الموصى بها كالتالي: بالنسبة لغرف عمليات الفئة الأولى التي تحتوي على مناطق محلية من فئة 100، ونظرًا لأنها مخصصة بشكل أساسي للعمليات الجراحية ذات التأثير الحاسم على حياة المرضى، يُفضل ألا يزيد زمن التنقية الذاتية عن 15 دقيقة؛ وبالنسبة لفئة 10000، ألا يزيد عن 25 دقيقة؛ وبالنسبة لفئة 100000، ألا يزيد عن 30 دقيقة؛ أما غرف العمليات شبه النظيفة من فئة 300000، فيُقبل ألا يزيد الزمن عن 40 دقيقة. ومن منظور التشغيل الصباحي، فإن بدء تشغيل النظام قبل 40 دقيقة من موعد العملية ليس أمرًا مبالغًا فيه. أما إذا تجاوزت المدة ساعة واحدة، فتعتبر طويلة جدًا.

بناءً على المبادئ المذكورة أعلاه، يمكن حساب معدلات تبديل الهواء على النحو المدرج في جدول الأحكام الواردة في المدونة؛ ويُطلق على هذا المعدل اسم “معدل تبديل هواء التنقية الذاتية” لأنه يأخذ في الاعتبار شرط زمن التنقية الذاتية، وهو نفس النهج المعتمد في المعيار العسكري الصيني الخاص بأقسام العمليات النظيفة. ولكن في الممارسة العملية، غالبًا ما تتم إضافة هوامش أمان إضافية مرارًا وتكرارًا، مما يؤدي في بعض الحالات إلى زيادة معدلات تبديل الهواء بمقدار مرة إلى عدة مرات عن القيمة المحسوبة، وهو ما يمثل هدرًا حقيقيًا للموارد؛ لذلك تحدد المدونة نطاقًا مسموحًا به لمعدلات تبديل الهواء، بحيث لا تتجاوز الفجوة بين الحدين العلوي والسفلي نسبة 1.2 ضعف.

【مرجع】 تحدد المدونة عدد الأفراد التصميمي لغرف العمليات كالتالي: 12 شخصًا للغرف فائقة الكبر، و10 أشخاص للغرف الكبرى، و8 أشخاص للغرف المتوسطة، و6 أشخاص للغرف الصغيرة. وفي الوقت نفسه، ومن أجل كبح الاتجاه غير الضروري نحو بناء غرف عمليات أكبر من اللازم، تم تحديد الحدود العليا والدنيا لمساحة أرضية الغرف، وعند الحاجة إلى توسيع الغرفة لاحتياجات خاصة، يُسمح بزيادة المساحة بنسبة 1.25 ضعف فوق الحد الأعلى المحدد؛ وبهذا تكون القيم الصينية قريبة من المعيار الياباني، وأعلى من القيم الواردة في المعيار العسكري.